Типи дистанційного зондування в сільському господарстві

Останнім часом спостерігається зростання використання передових технологічних систем, таких як дистанційне зондування, у сільському господарстві. Сучасні сільськогосподарські методи є значно ефективнішими, узгодженішими та оптимізованішими порівняно з традиційними аграрними методами.

Використання передових методів, наприклад, оцінки врожайності сільськогосподарських культур у всіх аспектах процесу вирощування, може забезпечити ідеальну врожайність та кращий збір урожаю.

Щоб гарантувати вищу врожайність, фермери повинні забезпечити найкращий стан своїх культур. Хоча використання звичайних систем обмежувалозбереження більших регіонів, оскільки від фермерів покладалися обов'язки особисто відвідувати всі частини землі.

Найновіша інновація запропонувала низку способів, за допомогою яких фермери можуть без особливих зусиль перевіряти якість врожаю у великих регіонах.

Що таке дистанційне зондування?

ВизначитиДистанційне зондування — це галузь дослідження та технології, яка включає збір інформації про поверхню Землі або інші об'єкти на відстані. Воно використовує різні пристрої та датчики, такі як супутники, літаки та дрони, для збору даних без фізичного контакту з ціллю.

Простіше кажучи, це передбачає перевірку місцевості за допомогою сучасного обладнання з великих відстаней. Перевірка включає фізичні характеристики ділянки землі.

Процес працює шляхом оцінки виробленого та відбитого випромінювання від землі, що допомагає структурувати картину місцевості та допомагає фахівцям робити висновки щодо конкретних частин землі.

Ці електромагнітні хвилі включають видиме світло, інфрачервоне та мікрохвильове випромінювання. Аналізуючи характеристики випромінювання, вчені можуть отримувати цінну інформацію про особливості та процеси на Землі.

Він має широкий спектр застосування в різних дисциплінах, включаючи моніторинг навколишнього середовища, сільське господарство, міське планування та ліквідацію наслідків стихійних лих. Він надає засоби для спостереження та вивчення великих ділянок поверхні Землі, до яких було б важко або неможливо отримати прямий доступ.

Для чого використовується дистанційне зондування?

Для збільшення розвиток врожаю та збільшення врожайності на складному ринку, виробники схильні використовувати найновіші доступні технології. Щоб гарантувати найбільший урожай, фермерам потрібно, щоб урожай залишався в найкращому стані.

Спостереження за силою врожаю на величезній території стає значно простішим завдяки використанню дистанційного зондування в сільському господарстві.

Дані, зібрані в результаті цього процесу, підтримують точне вирощування, надаючи фермерам можливість отримувати вищі врожаї. Деякі поширені застосування дистанційного зондування включають:

• Картографування земного покриву та землекористування: Він може ідентифікувати та класифікувати різні типи земного покриву, такі як ліси, сільськогосподарські угіддя, водойми та міські території. Ця інформація допомагає у моніторингу змін у землекористуванні, оцінці вирубки лісів, управлінні природними ресурсами та плануванні міського розвитку.
• Моніторинг навколишнього середовища: Це дозволяє спостерігати та аналізувати параметри навколишнього середовища, такі як стан рослинності, якість води, забруднення повітря та показники зміни клімату. Це допомагає в моніторингу та розумінні природних явищ, таких як лісові пожежі, посухи та танення полярних льодовиків.
• Сільське господарство та управління сільськогосподарськими культурами: Дистанційне зондування сільського господарства може оцінювати стан сільськогосподарських культур, розраховувати врожайність та виявляти ділянки, уражені шкідниками або хворобами. Ця інформація допомагає фермерам приймати обґрунтовані рішення щодо зрошення, удобрення та боротьби зі шкідниками, що призводить до підвищення продуктивності сільськогосподарських культур та управління ресурсами.
• Управління стихійними лихами: Він відіграє вирішальну роль у реагуванні на стихійні лиха та зусиллях з відновлення. Він допомагає у визначенні масштабів стихійних лих, таких як урагани, повені та землетруси, що дозволяє ефективно розподіляти ресурси та допомогу. Він також допомагає в оцінці збитків після стихійного лиха та плануванні заходів з відновлення.
• Геологія та розвідка корисних копалин: Його методи, такі як гіперспектральна візуалізація та радар, можуть виявляти та характеризувати геологічні особливості та родовища корисних копалин. Ця інформація допомагає у геологічному картографуванні, розвідці корисних копалин та оцінці ресурсів.

Методи дистанційного зондування продовжують розвиватися разом із розвитком технології датчиків, алгоритмів обробки зображень та методів аналізу даних.

Зі зростанням доступності супутникових знімків високої роздільної здатності та інтеграцією даних дистанційного зондування з геоінформаційними системами (ГІС), його застосування та потенціал розширюються, сприяючи кращому розумінню нашої планети та полегшуючи процеси прийняття обґрунтованих рішень.

Як працює дистанційне зондування?

Він працює шляхом захоплення та аналізу електромагнітного випромінювання, що випромінюється або відбивається об'єктами чи поверхнями на Землі на відстані. Ось спрощене пояснення того, як працює дистанційне зондування:

• Джерело енергії: Все починається з джерела енергії, яке може бути природним (наприклад, сонячне світло) або штучним (наприклад, активні датчики, такі як радар). Джерело енергії випромінює електромагнітне випромінювання в напрямку поверхні Землі.
• Взаємодія з ціллю: Випромінювана енергія взаємодіє з об'єктами або поверхнями, на які спрямоване випромінювання. Частина енергії поглинається, частина відбивається, а частина може проходити через ціль. Взаємодія залежить від властивостей цілі, таких як її склад, текстура та вміст вологи.
• Виявлення датчикаДатчики, зазвичай розташовані на супутниках, літаках або безпілотниках, виявляють енергію, що відбивається або випромінюється ціллю. Ці датчики можуть фіксувати широкий діапазон довжин хвиль, включаючи видиме, інфрачервоне та мікрохвильове випромінювання.
• Збір даних: Датчики збирають дані у вигляді цифрових зображень або вимірювань. Отримані дані можуть включати інтенсивність відбитої або випромінюваної енергії на різних довжинах хвиль.
• Передача та зберігання даних: Після збору дані передаються на наземні станції або зберігаються на борту сенсорної платформи. Потім вони обробляються та стають доступними для подальшого аналізу.
• Обробка та аналіз даних: Дані дистанційного зондування обробляються за допомогою спеціалізованих алгоритмів і методів. Це включає корекцію атмосферних перешкод, геометричних спотворень та радіометричне калібрування. Оброблені дані потім аналізуються для отримання значущої інформації про поверхню Землі.
• Тлумачення та застосування: Проаналізовані дані інтерпретуються експертами, такими як науковці, географи чи агрономи. Вони ідентифікують та класифікують об'єкти, складають карти типів земного покриву, відстежують зміни та отримують відповідну інформацію для різних застосувань.
• Візуалізація та комунікація: Кінцеві результати часто візуалізуються за допомогою карт, зображень або інших графічних представлень. Ці візуальні виходи полегшують розуміння та інтерпретацію інформації особами, що приймають рішення, вченими та громадськістю.

Важливо зазначити, що він може використовувати як пасивні, так і активні методи зондування. Пасивні датчики виявляють природну енергію (наприклад, сонячне світло), яка відбивається або випромінюється поверхнею Землі. Активні датчики, з іншого боку, випромінюють власну енергію (наприклад, радіолокаційні імпульси) та вимірюють енергію, яка відбивається назад.

Як це працює в сільському господарстві?

Процес дистанційного зондування в сільському господарстві працює на основі інформації, зібраної різними пристроями протягом певного періоду. Зібрані дані потім можна використовувати для аналізу різних аспектів врожаю та врожайності.

Цей аналіз використовується для внесення змін до посівів з метою забезпечення максимального врожаю. Цей процес може бути використаний для проведення різноманітних аналізів та впровадження відповідних заходів. Поширеними загрозами, з якими стикаються фермери, є зараження шкідниками та бур'яни на посівах.

У сільському господарстві це може допомогти виявити їх на ранній стадії та попередити фермерів про необхідність вжити необхідних контрзаходів для забезпечення здоров'я посівів. Для здійснення цього процесу на різних ділянках землі, що коливаються за розмірами та видами врожаю, використовуються різні види пристроїв та датчиків.

Типи дистанційного зондування в сільському господарстві

У сільському господарстві методи дистанційного зондування охоплюють різні методи збору та аналізу даних про сільськогосподарські культури та сільськогосподарські ландшафти. Ось деякі поширені типи дистанційного зондування, що використовуються в сільському господарстві:

1. Оптичне зондування: Оптичні датчики фіксують електромагнітне випромінювання у видимому, ближньому інфрачервоному (NIR) та тепловому інфрачервоному (TIR) діапазонах електромагнітного спектру. Вони надають цінну інформацію про стан здоров'я сільськогосподарських культур, показники рослинності та ґрунтовий покрив. Дані оптичного зондування зазвичай отримують за допомогою супутникових знімків або аерофотозйомки.

2. Багатоспектральне зондування: Мультиспектральні датчики фіксують дані в кількох дискретних діапазонах електромагнітного спектру. Вони дозволяють аналізувати певні довжини хвиль, що стосуються здоров'я рослинності та моніторингу сільськогосподарських культур. Мультиспектральні дані зазвичай використовуються для розрахунку індексів вегетації, таких як NDVI (нормалізований різницевий індекс вегетації) та EVI (покращений індекс вегетації), для оцінки стану сільськогосподарських культур.

3. Гіперспектральне зондування: Гіперспектральні датчики фіксують дані в сотнях вузьких і суміжних спектральних діапазонів по всьому електромагнітному спектру. Ця висока спектральна роздільна здатність дозволяє проводити детальний аналіз та ідентифікацію специфічних матеріалів і характеристик рослинності. Гіперспектральні дані цінні для виявлення хвороб, оцінки поживних речовин та детальної класифікації сільськогосподарських культур.

4. Теплові датчики: Теплові датчики фіксують дані в інфрачервоному діапазоні електромагнітного спектру. Вони вимірюють випромінювання, що випромінюється об'єктами, включаючи сільськогосподарські культури та ґрунт, яке пов'язане з їхньою температурою. Теплові датчики корисні для оцінки водного стресу, визначення ефективності зрошення та моніторингу здоров'я сільськогосподарських культур на основі коливань температури.

5. Радарне зондування: Радарні датчики використовують мікрохвильове випромінювання для проникнення крізь хмарний покрив, рослинність і ґрунт, що дозволяє збирати дані незалежно від погодних умов. Радарні датчики вимірюють зворотно розсіяний сигнал, який надає інформацію про структуру та вміст вологи в сільськогосподарських культурах і рельєфі місцевості. Радарні дані цінні для картографування топографії, моніторингу вологості ґрунту та оцінки стадій росту сільськогосподарських культур.

6. Лідарне зондуванняДатчики LiDAR (визначення та визначення дальності світла) випромінюють лазерні імпульси та вимірюють час, необхідний для повернення відбитого світла. Дані LiDAR надають високоточну тривимірну інформацію про висоту сільськогосподарських культур, структуру пологу та рельєф місцевості. Це корисно для застосувань точного землеробства, включаючи оцінку висоти сільськогосподарських культур, моделювання місцевості та характеристику пологу.

7. Безпілотні літальні апарати (БПЛА)БПЛА, оснащені різними датчиками, такими як RGB-камери, мультиспектральні датчики або теплові датчики, забезпечують високоякісний та гнучкий збір даних у локальному масштабі. БПЛА надають детальну та своєчасну інформацію для моніторингу сільськогосподарських культур, виявлення хвороб та практик точного землеробства.

Ці різні типи методів дистанційного зондування пропонують додаткові джерела даних та можливості, що дозволяє отримати всебічне розуміння сільськогосподарських систем.

Інтегруючи та аналізуючи дані з різних джерел, фермери, агрономи та дослідники можуть отримати уявлення про здоров'я сільськогосподарських культур, ріст, стан поживних речовин, управління водними ресурсами та інші важливі фактори, що сприяють ефективному управлінню сільським господарством.

Типи датчиків

Датчики різних типів використовуються разом для збору різноманітної інформації на територіях змінних розмірів. Датчики в основному класифікуються за логістичними типами. Існують супутникові датчики, повітряні датчики та наземні датчики.

Ці датчики можна додатково класифікувати, наприклад, як ґрунтові датчики, і вони можуть мати різні конфігурації. Є портативні ґрунтові датчики, є ґрунтові датчики, що встановлюються на транспортних засобах, такі як ті, що встановлюються на тракторах, і є окремо стоячі ґрунтові датчики, які зазвичай монтуються на стовпах і більших деревах.

Наземні датчики зазвичай використовуються для перевірки рівня поживних речовин, вмісту вологи в ґрунті та погоди. Використовуючи ці численні зміни щодо використання добрив та зрошення, можна підтримувати високий врожай.

Наступна категорія датчиків – це повітряні датчики. Завдяки наявності дронів, повітряні датчики стали досить доступними та доступними.

Ці повітряні датчики може робити знімки місцевості з високою роздільною здатністю, а також збирати дані інших датчиків, перебуваючи на низьких висотах протягом тривалого часу над посівами. Дані, зібрані за допомогою цих датчиків, можуть допомогти у виявленні бур'янів, оцінці врожайності та інших детальних аналізах, таких як вимірювання засоленості ґрунту та вмісту хлорофілу.

Хоча вони стали доступними та недорогими, вони все ще не працюють за сильного вітру та хмарної погоди, що є недоліком їх використання.

Найдальша з усіх сенсорних платформ для візуалізації – це супутниковий датчик. Використання супутників для будь-якого виду зображень традиційно було лише для урядів та військових. Використання супутникових зображень у сільському господарстві допомагає охопити величезну площу землі та може допомогти у перевірці стану врожаю.

Після стихійного лиха це може допомогти розрахувати втрати та оцінити врожайність. Хоча використання даних супутникових датчиків має багато переваг, з ним пов'язано й багато застережень. По-перше, це дорого, і навіть якщо не враховувати витрати, зображення потрібно замовляти на певний час, зазвичай за кілька місяців наперед.

Що може бути марним, якщо в запитуваному районі в запитуваний час буде хмарність. Уряди різних країн світу почали відкривати супутникові знімки для громадськості, що може значно спростити цей процес у майбутньому.

Робота датчика

Визначаючи кольори на полі сільськогосподарських культур, датчики передають інформацію, яка може бути корисною для визначення стану здоров'я рослини. Розглядаючи колір рослини за допомогою точних даних, що надаються датчиками, можна виміряти рівень хлорофілу в рослині, за допомогою чого фермер може визначити будь-який дефіцит поживних речовин або проблему зі здоров'ям рослини.

Прості дані можна отримати за допомогою звичайних кольорових датчиків, але для отримання складної інформації використовуються інфрачервоні та короткохвильові датчики.

Відбиття світла від листя змінюється в інфрачервоному спектрі, якщо листок пошкоджений зсередини, це також може свідчити про недостатній вміст вологи. Одна з найнадійніших моделей у сільськогосподарському дистанційному зондуванні відома як нормалізований різницевий вегетаційний індекс або NDVI..

Використовуючи інфрачервоні та червоно-краєві датчики, модель NDVI може легко виявляти пошкоджені посіви, що дає фермерам більше часу на реакцію для вжиття ефективних контрзаходів для порятунку врожаю.

Ці датчики також можна використовувати для перевірки стану ґрунту та вимірювання його солоності. Ґрунт із зайвими сольовими речовинами, як правило, буде яскравішим в інфрачервоному діапазоні, що може допомогти визначити ґрунт, який потребує більше поливу та обробки.

Використання теплових датчиків може допомогти в оптимізації системи зрошення. Тепло, що випромінюється будь-яким джерелом, відображається як світліший відтінок в інфрачервоному діапазоні.

Після зрошення фермер може надіслати над своїми полями повітряний довгочастотний інфрачервоний датчик або LWIR, щоб перевірити, які регіони випромінюють тепло через погані системи водопостачання, що дозволить вирішити проблеми з іригаційною системою.

Супутникові датчики можуть охоплювати широкий спектр можливостей. Оскільки вони можуть обходити кліматичні умови, вони ідеально підходять для спостереження за садівництвом. Окрім радара та мікрохвильових датчиків, GPS від супутників надає точну інформацію про місцезнаходження, що є фундаментальним у нових сільськогосподарських інноваціях, таких як самокерована сільськогосподарська техніка та безпілотні сільськогосподарські транспортні засоби.

Роль та переваги дистанційного зондування та ГІС у сільському господарстві

Він відіграє життєво важливу роль у сільському господарстві, надаючи цінну інформацію та аналітичні дані, що сприяють покращенню управління сільськогосподарськими культурами, підвищенню продуктивності та веденню сталих методів ведення сільського господарства. Ось деякі ключові аспекти важливості дистанційного зондування в сільському господарстві:

Оцінка посівної площі сільськогосподарських культур

Одним із критично важливих застосувань дистанційного зондування в садівництві є оцінка посівних площ. Дані з аеро- та супутникових датчиків дають точний аналіз посівних площ і допомагають в оцінці ризиків у разі виникнення стихійного лиха або катастрофи.

Оцінка стану врожаю

Це дозволяє фермерам та агрономам контролювати здоров'я та енергію сільськогосподарських культур на великих площах. Аналізуючи супутникові або аерофотознімки, вони можуть виявляти ранні ознаки стресу, дефіциту поживних речовин, спалахів хвороб або нашестя шкідників. Ця система раннього попередження дозволяє своєчасно втручатися та проводити цілеспрямовану обробку, зменшуючи втрати врожаю та оптимізуючи розподіл ресурсів.

Оцінка та прогнозування врожайності

Дані в поєднанні зі статистичними моделями можуть допомогти оцінити та передбачити врожайність сільськогосподарських культур. Аналізуючи індекси рослинності та моніторячи такі фактори, як покрив пологу та біомаса, фермери можуть передбачати потенційні коливання врожайності та приймати обґрунтовані рішення щодо збору врожаю, зберігання та збуту своєї продукції.

Ідентифікація хвороб сільськогосподарських культур

Дистанційне зондування ГІС у сільському господарстві спрощує виявлення забруднень та нападів шкідників на посівах на великих площах на початкових етапах. Це дає виробникам достатню можливість застосувати будь-які контрзаходи для захисту врожаю від величезних втрат. Це стає можливим завдяки супутниковим знімкам та дослідженням.

Властивості ґрунту

Мабуть, основним елементом у забезпеченні гарного врожаю є належна підтримка ґрунту. Це безпосередньо впливає на врожай. Будь-які зміни в управління фермерським господарством або система землеробства спричиняють зміни ґрунту, що, у свою чергу, впливає на продуктивність ґрунту.

Наприклад, такі характеристики, як солоність ґрунту, pH ґрунту, рівень органічних речовин та текстура ґрунту, можна розпізнати за допомогою дистанційного виявлення, і ці дані можна проаналізувати для проведення будь-якої значної обробки ґрунту.

Картування вологості ґрунту дає точну оцінку вмісту води в ґрунті, що може допомогти у проведенні будь-яких модернізацій у структурі зрошувальної системи.

Управління зрошенням

Вода є критично важливим ресурсом у сільському господарстві, і вона відіграє вирішальну роль в оптимізації її використання. Оцінюючи рівень вологості рослин та коефіцієнт евапотранспірації, це допомагає фермерам визначити точні потреби своїх культур у воді.

Ця інформація дозволяє їм впроваджувати ефективні стратегії зрошення, зменшуючи втрати води та забезпечуючи достатню кількість вологи для оптимального росту сільськогосподарських культур.

Вплив повені

Завдяки супутниковим датчикам та даним, зібраним наземними датчиками, це може допомогти отримати безліч певної інформації для визначення точної оцінки збитків.

У разі затоплення через надмірні опади, ділянки землі з поганим дренажним системою ризикують перезволоженням, що призводить до основних втрат врожаю та продуктивності.

Оцінка збитків може допомогти в подальшому плануванні контролю за збитками та контрзаходів для мінімізації збитків..

Моделювання NATCAT

Дистанційне зондування в сільському господарстві може допомогти в оцінці поточних та прогнозуванні небезпек стихійних лих, використовуючи інформацію, що передається датчиками, та поведінку звичайних ризиків.

TЦе вимагає картування ризиків та розрахунку небезпек шляхом оцінки небезпек, яка завершується за допомогою моделей катастроф, змодельованих на ПК.

Карти дистанційного зондування, підготовлені за допомогою історичної інформації та поточної інформації, зібраної з різних датчиків, допомагають визначити зони з високою ймовірністю затоплення та високими рівнями небезпеки.

Це допомагає в сільському господарстві, оскільки регіони з вищим рівнем ризику не засіюються та обробляються для кращого захисту від повеней у наступному сезоні.

Аналіз зображень з дрона для оцінки пошкодження врожаю

Аналіз знімків з дрона використовується для оцінки збитків від граду, підрахунку дерев та вторгнень. Знімки з дрона настільки ж точні, як і вхідна просторова роздільна здатність, яку можна збільшити за потреби.

Управління поживними речовинами

Це може допомогти в оцінці дефіциту поживних речовин та управлінні методами удобрення. Аналізуючи спектральні картини відбиття, фермери можуть ідентифікувати ділянки поля з різним рівнем поживних речовин.

Це дозволяє цілеспрямовано вносити добрива, мінімізуючи надмірне використання та потенційне забруднення навколишнього середовища, одночасно максимізуючи поглинання поживних речовин та продуктивність культури.

Оцінка впливу на навколишнє середовище

Це забезпечує засоби для оцінки впливу сільськогосподарської практики на навколишнє середовище. Це допомагає в моніторингу ерозії ґрунту, оцінці ефективності заходів щодо збереження та виявленні зон потенційного забруднення, таких як надмірне стікання добрив або дрейф пестицидів.

Ця інформація підтримує впровадження сталих методів ведення сільського господарства, мінімізуючи негативний вплив на навколишнє середовище та сприяючи довгостроковій сільськогосподарській стійкості.

Використовуючи можливості технологій дистанційного зондування, фермери та фахівці з сільського господарства можуть приймати більш обґрунтовані рішення, оптимізувати розподіл ресурсів та впроваджувати сталий розвиток. Це призводить до підвищення продуктивності, зменшення впливу на навколишнє середовище та покращення продовольчої безпеки, що зрештою приносить користь як фермерам, так і споживачам.